JPS6356923B2 - - Google Patents
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- JPS6356923B2 JPS6356923B2 JP55122901A JP12290180A JPS6356923B2 JP S6356923 B2 JPS6356923 B2 JP S6356923B2 JP 55122901 A JP55122901 A JP 55122901A JP 12290180 A JP12290180 A JP 12290180A JP S6356923 B2 JPS6356923 B2 JP S6356923B2
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- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
- G01C19/64—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
- G01C19/72—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams with counter-rotating light beams in a passive ring, e.g. fibre laser gyrometers
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Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、光の導入と放出が可能である二つ
の結合部を持つ光伝送路を備え、両結合部を通し
て放出された光が重ね合わされて少くとも一つの
受光面に導かれ、一つの結合部に向つて送られる
光とこの結合部を通つて放出され受光面に導かれ
る光とが多数のモードの伝搬が可能である共通区
間内で重なり合つた通路を互に逆向きに進行する
リング干渉計に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention comprises an optical transmission line having two coupling parts capable of introducing and emitting light, and the light emitted through both coupling parts is superimposed on at least one light receiving surface. The light directed towards one coupling part and the light emitted through this coupling part and directed to the receiving surface cross overlapping paths within a common section in which propagation of multiple modes is possible. It concerns a ring interferometer that travels in the opposite direction.
この種のリング干渉渉計的には不可逆的の走行
時間差を決定するための装置である。干渉計が慣
性系に対して静止するか等速並進運動を行つてい
るとき、光の伝搬は光伝送路においても空気区間
においても相反定理に従い、光の通路の光学距離
は二つの互に逆向きの伝搬方向において正確に等
しい。慣性系に対して静止するか等速並進運動を
行なう光伝送路を構成する総ての誘電材料は磁場
が存在しない場合常に相反定理に従つて挙動する
ことも公知である。上記のリング干渉計を組立て
る際予期されなかつた不可逆効果が観測されるこ
とがあるが、これは加速運動例えば回転運動と見
誤られるおそれがある。 This type of ring interferometry is a device for determining irreversible transit time differences. When the interferometer is at rest or in constant translation relative to the inertial frame, the propagation of light follows the reciprocity theorem both in the optical transmission path and in the air section, and the optical distance of the light path is two mutually opposite. exactly equal in the direction of propagation. It is also known that all dielectric materials constituting optical transmission lines that are stationary or undergo uniform translation relative to an inertial frame always behave according to the reciprocity theorem in the absence of a magnetic field. When assembling the ring interferometer described above, unexpected irreversible effects may be observed, which may be mistaken for accelerated motion, for example rotational motion.
この発明の目的は、冒頭に挙げた種類のリング
干渉計においてこのような予期されない不可逆効
果とそれによるいつわりの加速又は回転の作用を
打消すことである。 The aim of the invention is to counteract such unanticipated irreversible effects and the effects of false accelerations or rotations in ring interferometers of the type mentioned at the outset.
この目的は、光伝送路の一つの結合部に向つて
送られる光とこの結合部から放出されて受光面に
導かれる光が重なり合つて互に逆向きに進行する
通路にモード絞りを設けることによつて達成され
る。 The purpose of this is to provide a mode diaphragm in the path where the light sent toward one coupling part of the optical transmission path and the light emitted from this coupling part and guided to the light receiving surface overlap and travel in opposite directions. achieved by.
この発明はその発明者によつて発見された新し
い事実、即ち観測された不可逆性が、リング干渉
計内で光が一度は一つの方向に次には逆の方向に
進行した空気区間において逆方向に進行するとき
前の進行区間といくらか異なつた路を通ることに
その原因があることを基礎にするものである。 This invention is based on a new fact discovered by its inventors, namely that the observed irreversibility is reversed in the air section where the light travels once in one direction and then in the opposite direction within the ring interferometer. This is based on the fact that when moving forward, the route taken is somewhat different from the previous section of travel.
モード絞りは理想的にはその名の示す通り唯一
のモードだけを通過させるもの、云い換えれば一
つの光路だけを可能にするものである。しかし空
気中を光が伝搬する場合にはリング干渉計の光学
軸に沿つて多数の光路が可能である。従つて空気
中ではリング干渉計の光学軸に沿つて高次モード
の発生が可能であると言うことができる。 Ideally, a mode diaphragm, as its name suggests, allows only one mode to pass through, or in other words, allows only one optical path. However, when light propagates through air, multiple optical paths are possible along the optical axis of the ring interferometer. Therefore, it can be said that higher-order modes can be generated along the optical axis of the ring interferometer in air.
回転その他の加速運動として誤認される誤りの
不可逆効果の原因は、空気中を伝搬する際高次の
モードが干渉計の光学軸に沿つて発生することに
あることが見出された。この高次モードの発生は
特に単モード光伝送路の結合の位置合せが理想的
に行われていないことが原因である。 It has been found that the irreversible effect of errors misinterpreted as rotation or other accelerated motion is due to the generation of higher order modes along the optical axis of the interferometer as they propagate through air. This generation of higher-order modes is particularly caused by the fact that the coupling alignment of the single mode optical transmission line is not ideal.
この発明によればこのような高次モードが打消
されて受光面に達することなく、それによつて回
転その他の加速運動として誤認されるおそれはな
くなる。 According to the present invention, such higher-order modes are canceled and do not reach the light-receiving surface, thereby eliminating the possibility of being misidentified as rotation or other accelerated motion.
この発明の特に有利な実施形態はモード絞りと
して単モード光伝送路を使用するものである。単
モード光伝送路は最もよく知られているモード絞
りである極めて小さい直径の孔を持つ孔絞り板よ
りは特性が優れ、実際上一つのモードだけが通過
し、その他のモードは通過不可能であるかあるい
は取り除かれる。単モード光伝送路の有効な実施
例は後で説明する。 A particularly advantageous embodiment of the invention is the use of a single mode optical transmission line as mode stop. Single-mode optical transmission lines have better properties than the most well-known mode diaphragm, a hole diaphragm plate with extremely small diameter holes, in which only one mode can actually pass through, and no other modes can pass through. present or removed. An advantageous embodiment of a single mode optical transmission line will be described later.
結合部の一つを通して光伝送路に入れる光とこ
の結合部を通して放出され受光面に導かれる光を
もこの結合部に対するモード絞りを通過させると
効果的である。又別の受光面を追加し、この受光
面に両方の結合部から放出された光を別のモード
絞りを通して導くことも有利である。更に光伝送
路の結合部に補助の光を交互に二つのモード絞り
を通して導くようにし、一度は一つのモード絞り
を通し次には他のモード絞りを通して導くかある
いは一つの色の光を一つのモード絞りを通して入
射させると同時に他の色の光を別のモード絞りを
通して入射させることも効果的であるが、この場
合には位置合せに問題を生ずる。即ち光源から送
り出された光の光路中に設けられたモード絞りが
リング干渉計の光学軸を決定し、他方のモード絞
りはこの光学軸に対して正確な位置合せを行う必
要がある。この正確な位置合せが行われていない
と、このモード絞りは一つの高次モードを通過さ
せその他のモードを遮断するようになる。これに
よつて不可逆効果として誤認されることが起る。
別のモード絞りをリング干渉計の光学軸に対して
正確に位置合せすることは実際上困難であるが、
この発明の一つの実施例はモード絞りの位置合せ
の誤差が大きな誤差が大きな影響を及ぼさないよ
うに構成される。この場合誤認された位相のずれ
は打消されはしないが、回転運動の真の値をそれ
から引き出すことができる。 It is effective if the light entering the optical transmission path through one of the coupling parts and the light emitted through this coupling part and guided to the light-receiving surface also pass through the mode diaphragm for this coupling part. It is also advantageous to add another receiving surface, onto which the light emitted from both coupling parts is guided through a further mode diaphragm. Furthermore, the auxiliary light is alternately guided through two mode apertures at the coupling part of the optical transmission path, and the light of one color is guided once through one mode aperture and then through the other mode aperture, or the light of one color is guided through one mode aperture. It is also effective to make light of another color enter through a mode diaphragm and at the same time make light of another color enter through another mode diaphragm, but in this case a problem arises in alignment. That is, the mode diaphragm provided in the optical path of the light sent out from the light source determines the optical axis of the ring interferometer, and the other mode diaphragm must be accurately aligned with respect to this optical axis. If this precise alignment is not performed, the mode aperture will pass one higher order mode and block other modes. This can lead to misunderstandings as irreversible effects.
Although it is difficult in practice to precisely align the different mode apertures with respect to the optical axis of the ring interferometer,
One embodiment of the present invention is constructed so that large errors in the alignment of the mode diaphragm do not have a large effect. In this case the misidentified phase shift is not canceled out, but the true value of the rotational movement can be extracted from it.
図面に示した実施例についてこの発明を更に詳
細説明する。 The invention will be explained in more detail with reference to the embodiments shown in the drawings.
第1図に示したリング干渉計は光源6例えばレ
ーザーを含み、それから矢印Rの方向にレーザー
光束60が送り出される。このレーザー光束中に
R方向に対して例えば45゜傾斜した鏡50が設け
られ、レーザー光の一部を吸光板10に向つて分
岐させる。 The ring interferometer shown in FIG. 1 includes a light source 6, for example a laser, from which a laser beam 60 is emitted in the direction of the arrow R. The ring interferometer shown in FIG. A mirror 50 inclined at an angle of, for example, 45 degrees with respect to the R direction is provided in this laser beam to branch a portion of the laser beam toward the light absorbing plate 10.
半透明鏡50を通過し弱められた光束を61は
集光レンズ33によつて集められ、単モード光伝
送路3の一つの結合部32上に焦点を結ぶ。光伝
送路3は結合部32の外に結合部31を持ち、こ
れらの結合部の双方を通して光の導入と放出が可
能である。この単モード光伝送路はコアの直径が
最高で少数μmであるコア・クラツド型ガラスフ
アイバを巻いて構成するのが有利である。このガ
ラスフアイバの両端面が結合部31,32とな
る。 A light beam 61 that passes through the semi-transparent mirror 50 and is weakened is collected by a condenser lens 33 and focused onto one coupling portion 32 of the single mode optical transmission line 3 . The optical transmission line 3 has a coupling part 31 outside the coupling part 32, and light can be introduced and emitted through both of these coupling parts. This single-mode optical transmission line is advantageously constructed by winding a core-clad glass fiber whose core diameter is at most a few μm. Both end surfaces of this glass fiber become joint parts 31 and 32.
単モード光伝送路3の結合部31から放出され
た光束の光路中に集光レンズ31が設けられる。
このレンズは、単モード光伝送路の放出光束の理
想的な光点と見られる発生点がこのレンズの一つ
の焦点面内にあるように配置される。 A condenser lens 31 is provided in the optical path of the light beam emitted from the coupling section 31 of the single mode optical transmission line 3.
This lens is arranged so that the point of generation, which is considered to be an ideal light point, of the emitted light beam of the single mode optical transmission line is within one focal plane of this lens.
レンズ30を通して必ずしも方向Rとは一致し
ない方向R1は平行光束61′が放出され、方向
R1に対して例えば45゜に傾斜して置かれた半透
明鏡5に当る。この半透明鏡は透過光と反射光が
それぞれ50%であるものが選ばれ、平行光束6
1′の一部を反射して部分光束62′としてR1に
垂直方向に分岐させ、残りの部分は通過させて部
分光束62としてR1方向に進ませる。 A parallel light beam 61' is emitted through the lens 30 in a direction R1, which does not necessarily coincide with the direction R, and impinges on the semi-transparent mirror 5, which is placed at an angle of, for example, 45° to the direction R1. This semi-transparent mirror was selected to have 50% transmitted light and 50% reflected light, and a parallel light flux of 6
1' is reflected and branched in the direction perpendicular to R1 as a partial beam 62', and the remaining portion is allowed to pass and proceed in the R1 direction as a partial beam 62.
部分光束62と62′の光路中には伝搬方向に
直線偏光子P,P′と4分の1波長板21,21′
と集光レンズ8,8′が順次設けられている。直
線偏光子P,P′は直線偏光を作るものであるが、
図示の位置におけば偏光された光が偏光状態に戻
される危険が少ない。λ/4板21,21′は直
線偏光を円偏光に変えるものである。 In the optical path of the partial beams 62 and 62', there are linear polarizers P, P' and quarter-wave plates 21, 21' in the propagation direction.
and condensing lenses 8 and 8' are provided in this order. Linear polarizers P and P' create linearly polarized light, but
In the illustrated position, there is less risk of polarized light returning to its polarized state. The λ/4 plates 21 and 21' convert linearly polarized light into circularly polarized light.
回転運動の測定を媒質中を互に逆向きに進む二
つの光に対して媒質が回転しているときその回転
速度に比例する不可逆的の走行時間差ができると
いうサニヤツク効果だけに基いて実施する場合に
は、λ/4板21,21′を省略することができ
る。しかしサニヤツク効果の打消しその他の目的
のために光伝送路内にフアラデー効果を利用して
不可逆的の走行時間差を付加的に発生させる場合
には、フアラデー効果が円偏光だけで生ずるため
これらのλ/4板が必要となる。サニアツク効果
はこれに反して総ての偏光状態において生ずる。 When measurement of rotational motion is carried out based solely on the sanyac effect, in which two lights traveling in opposite directions in a medium create an irreversible travel time difference proportional to the rotational speed when the medium is rotating. In this case, the λ/4 plates 21 and 21' can be omitted. However, if the Faraday effect is used to generate an additional irreversible transit time difference in the optical transmission line for the purpose of canceling the sanyac effect or for other purposes, these λ /4 boards are required. The saniac effect, on the other hand, occurs in all polarization states.
レンズ8又は8′は平行光束に集束されている
部分光束62又は62′を光伝送路1の結合部1
1又は11′上に集めて焦点を結ばせる。光伝送
路1も単モード光伝送路とし、コア・クラツド型
のガラスフアイバで構成するのが有利である。ガ
ラスフアイバのコアの直径は最高で少数μm程度
とし、両端面を結合部11,11′とする。 The lens 8 or 8' connects the partial light beam 62 or 62' that has been focused into a parallel light beam to the coupling part 1 of the optical transmission line 1.
1 or 11' to focus. The optical transmission line 1 is also preferably a single mode optical transmission line and is advantageously constructed of a core-clad glass fiber. The diameter of the core of the glass fiber is at most a few micrometers, and both end surfaces are used as joint portions 11 and 11'.
結合部11又は11′を通して光伝送路1に導
入された光は光伝送路内を他方の結合部11′又
は11に向つて進み、これらの結合部を通して放
出され、レンズ8′又は8によつて平行光束に集
束される。この平行光束はλ/4板21′又は2
1、直線偏光子P′又はPを通過した後45゜傾斜し
た半透明鏡5に当る。光伝送路1の一方の結合部
11を通して放出された光は方向R1に対して逆
方向に平行光束として伝搬し、他方の結合部1
1′を通して放出された光は方向R1に垂直な方
向に平行光束として伝搬する。それぞれの平行光
束の一部は半透明鏡5を通過し前と同じ方向に進
むが、残りの部分は半透明鏡5で反射して入射方
向に対して90゜傾斜した方向に進む。この反射光
束は他方の平行光束の透過分と重なり合つて同一
方向に伝搬する。 The light introduced into the optical transmission line 1 through the coupling part 11 or 11' travels within the optical transmission line towards the other coupling part 11' or 11, is emitted through these coupling parts, and is reflected by the lens 8' or 8. The light is then focused into a parallel beam of light. This parallel light beam is transmitted through the λ/4 plate 21' or 2
1. After passing through the linear polarizer P' or P, it hits the semi-transparent mirror 5 tilted at 45 degrees. The light emitted through one coupling part 11 of the optical transmission line 1 propagates as a parallel light beam in the opposite direction to the direction R1, and then passes through the other coupling part 1.
The light emitted through R1' propagates as a parallel beam in a direction perpendicular to direction R1. A portion of each parallel light beam passes through the semi-transparent mirror 5 and travels in the same direction as before, but the remaining portion is reflected by the semi-transparent mirror 5 and travels in a direction inclined at 90 degrees with respect to the direction of incidence. This reflected light beam overlaps the transmitted portion of the other parallel light beam and propagates in the same direction.
結合部11から来て半透明鏡5を通過した光と
結合部11′から来て鏡5で反射された光とが重
なり合つた平行光束は第1図に2として示され、
結合部11から来て鏡5で反射された光と結合部
11′から来て鏡5を通過した光とが重なり合つ
た平行光束は2′として示されている。 A parallel light beam in which the light coming from the coupling part 11 and passing through the semi-transparent mirror 5 and the light coming from the coupling part 11' and being reflected by the mirror 5 overlap is shown as 2 in FIG.
A parallel light beam in which the light coming from the coupling part 11 and reflected by the mirror 5 and the light coming from the coupling part 11' and passing through the mirror 5 are superimposed is shown as 2'.
平行光束2は平行光束61′と重ね合わされる。
平行光速2はレンズ30によつて単モード光伝送
路3の結合部31上に焦点を結び、この結合部を
通して光伝送路3に導入される。光伝送路3の他
方の結合部32から放出された光はレンズ33に
よつて集束されて平行光束20となり、45゜の角
度で半透明鏡50に当る。光束20の一部は平行
光束21として垂直方向に進み、集光レンズ34
に当る。この集光レンズの焦点面には例えば極め
て小さい直径の孔を持つ孔絞りの形の公知のモー
ド絞り35が設けられている。このモード絞り3
5は障害となる反射光を除去するだけの目的に使
用される。 The parallel light beam 2 is superimposed on the parallel light beam 61'.
The parallel light velocity 2 is focused by the lens 30 onto the coupling portion 31 of the single mode optical transmission line 3, and is introduced into the optical transmission line 3 through this coupling portion. The light emitted from the other coupling part 32 of the optical transmission line 3 is focused by the lens 33 to become a parallel beam 20, which hits the semi-transparent mirror 50 at an angle of 45 degrees. A part of the luminous flux 20 travels in the vertical direction as a parallel luminous flux 21 and passes through the condensing lens 34.
corresponds to A known mode diaphragm 35, for example in the form of an aperture diaphragm with a very small diameter aperture, is provided in the focal plane of this condenser lens. This mode aperture 3
5 is used only for the purpose of removing reflected light that is an obstacle.
モード絞り35を通り抜けた光は受光面4とし
ての検出器40の感光面に当る。検出器40は入
射光の積分強度を測定し、それに対するアナログ
信号を発生する。モード絞り35は単モード光フ
アイバとしてもよい。 The light passing through the mode diaphragm 35 hits the photosensitive surface of the detector 40 as the light receiving surface 4. Detector 40 measures the integrated intensity of the incident light and generates an analog signal therefor. Mode aperture 35 may be a single mode optical fiber.
上記のリング干渉計はそれだけで完全に機能を
果し、回転運動検出器として使用することができ
る。この発明が除去しようとしている回転運動と
誤認される効果を第3図、第4図について詳細に
説明する。これらの図面は結合部11となる端面
を持つ光フアイバ1の一端を拡大して示す。光フ
アイバの光学軸はAであり、レンズ8は平行光束
62を集めてフアイバ1の端面のコアK部分に焦
点Fを結ばせる。平行光束62の光学軸A′は焦
点Fとレンズ8の中心を通る直線となる(ここで
はガウス結像を前提としている)。 The ring interferometer described above is fully functional on its own and can be used as a rotational motion detector. The effect of being mistaken for rotational motion, which this invention attempts to eliminate, will be explained in detail with reference to FIGS. 3 and 4. These drawings show an enlarged view of one end of an optical fiber 1 having an end face serving as a coupling portion 11. The optical axis of the optical fiber is A, and the lens 8 collects the parallel light beam 62 to focus F on the core K portion of the end face of the fiber 1. The optical axis A' of the parallel light beam 62 is a straight line passing through the focal point F and the center of the lens 8 (here, Gaussian imaging is assumed).
光学軸A′が光学軸Aと一致しているときリン
グ干渉計は理想的な整合状態にある。しかし実際
にはある程度の整合誤差は避けられないから、こ
れらの光学軸はある角度で傾斜する。これによつ
て第3図に示すように端面11から出てレンズ8
によつて集束された平行光束の光学軸A″は平行
光束62の光学軸A′と正確には一致せず、それ
に並んで平行に進むことになる。 When optical axis A' coincides with optical axis A, the ring interferometer is in ideal alignment. However, in practice, some degree of alignment error is unavoidable, so these optical axes are tilted at a certain angle. This causes the lens 8 to emerge from the end face 11 as shown in FIG.
The optical axis A'' of the parallel light beam focused by the parallel light beam 62 does not exactly coincide with the optical axis A' of the parallel light beam 62, but travels parallel to it.
平行光束62の光学軸A′が端面11において
光フアイバ1の軸Aの横にずれていることもあり
得る。この場合第4図に示すように端面11から
出てレンズ8で集束された平行光束の軸A″は平
行光束62の軸に対して傾斜している。 It is also possible that the optical axis A' of the parallel light beam 62 is offset laterally to the axis A of the optical fiber 1 at the end face 11. In this case, as shown in FIG. 4, the axis A'' of the parallel light beam exiting from the end face 11 and converged by the lens 8 is inclined with respect to the axis of the parallel light beam 62.
平行光束62の焦点Fが正確に端面11上にな
いこともある。この場合端面11から出た光はレ
ンズ8によつて平行光束とならず、発散光束又は
収斂光束となる。 The focal point F of the parallel light beam 62 may not be exactly on the end surface 11. In this case, the light emitted from the end face 11 is not turned into a parallel beam by the lens 8, but becomes a diverging beam or a convergent beam.
上記の三つの場合において簡単のため理想的な
単モード光フアイバとした光伝送路1から出た光
の焦点の位置は端面11上にあるものとする。 In the above three cases, for the sake of simplicity, it is assumed that the focal point of the light emitted from the optical transmission line 1, which is an ideal single-mode optical fiber, is on the end face 11.
上記の三つの効果は多くの場合同時に発生す
る。それによつて平行光束62が光伝送路の端面
を通して導入される結合効率が低下する。しかし
その結果はフアイバ中の減衰の増大として表わ
れ、回転として誤認されることはない。 The above three effects often occur simultaneously. This reduces the coupling efficiency with which the parallel light beam 62 is introduced through the end face of the optical transmission path. However, the result appears as increased damping in the fiber and is not misinterpreted as rotation.
他方の結合部11′とレンズ8′および光束6
2′に関しても同様な考察が適用される。光束6
2′の光学軸の光束62の光学軸に相対的な位置
は半透明鏡5によつて定められる。ここで考える
実例においては、光束62′の光学軸は光束62
の光学軸に垂直であるとする。 The other coupling part 11', lens 8' and light beam 6
Similar considerations apply to 2'. Luminous flux 6
The position of the light beam 62 of the optical axis 2' relative to the optical axis is determined by the semi-transparent mirror 5. In the example considered here, the optical axis of beam 62' is
perpendicular to the optical axis of
前にも述べたように結合部11又は11′から
放出され空気区間を通つて光源に戻る光は、光源
から出て光伝送路の結合部に導かれるときの光と
いくらか異なる光路を通過する。これによつて不
可逆効果が誤つて認められる。 As mentioned before, the light emitted from the coupling 11 or 11' and returning to the light source through the air section passes through a somewhat different optical path than the light when it leaves the light source and is directed to the coupling of the optical transmission line. . This gives a false impression of irreversible effects.
この現象を防止するためこの発明は、光が多数
のモードの伝搬が可能である一つの共通区間を通
過するときの重なり合つた光路にモード絞り3又
は3′を設けることを提案する。 To prevent this phenomenon, the invention proposes to provide a mode stop 3 or 3' in the overlapping optical paths when the light passes through one common section in which propagation of multiple modes is possible.
モード絞り3が高次のモードを強く減衰する場
合には、光源から来る光束の中結合部11又は1
1′と光束を分割する半透明鏡5の間で結合部1
1又は11′を通して導入された光束の光路長に
正確に等しい路を通つた光部分だけが受光面で受
取られる。この場合不可逆効果として誤認される
現象は無視できる程度になる。 When the mode diaphragm 3 strongly attenuates higher-order modes, the intermediate coupling part 11 or 1 of the light flux coming from the light source is
1' and a semi-transparent mirror 5 that splits the beam.
Only that part of the light which has passed through a path exactly equal to the optical path length of the light beam introduced through 1 or 11' is received at the receiving surface. In this case, the phenomenon that is mistakenly recognized as an irreversible effect becomes negligible.
第1図に示したリング干渉計では平行光束2′
によつて運ばれた光をも測定目的に使用すると効
果的である。従つてこの光の光路中に第二の光検
出器40′の受光面4′を置く。光束2′で運ばれ
る光は光束2で運ばれる光と同様に上記の三つの
効果に基き測定値に誤りを生じさせる高次のモー
ドを含む。 In the ring interferometer shown in Figure 1, the parallel beam 2'
It is advantageous to also use the light carried by the for measurement purposes. Therefore, the light receiving surface 4' of the second photodetector 40' is placed in the optical path of this light. The light carried by the beam 2', like the light carried by the beam 2, contains higher order modes which can falsify the measurements due to the three effects mentioned above.
上記の理由により高次のモードを強く減衰させ
るモード絞りを光束2′に対して設けることが効
果的である。第1図においてはそのために結合部
31′,32′を持つ単モード光伝送路3′が光束
2′に対して設けられている。平行光束2′はレン
ズ30′によつて結合部31′の端面に集められ、
光伝送路に導入される。他方の結合部32′から
放出された光はレンズ33′によつて集束されて
平行光束となり、受光面4′に当る。 For the above-mentioned reasons, it is effective to provide the light beam 2' with a mode aperture that strongly attenuates higher-order modes. In FIG. 1, for this purpose a single mode optical transmission line 3' with coupling parts 31', 32' is provided for the light beam 2'. The parallel light beam 2' is collected by the lens 30' on the end face of the coupling part 31',
Introduced into optical transmission line. The light emitted from the other coupling portion 32' is focused by the lens 33' to become a parallel beam of light, which impinges on the light receiving surface 4'.
しかしこの平行光束2′は平行光束61′が重ね
られている平行光束とは原理的に異なつた挙動を
示す。結合部31′の光学軸が第3図又は第4図
に示した光学軸A′と正確に一致している場合に
は光伝送路3と共に達成される特性と同等の良好
な特性が得られるが、これらの光学軸の整合は無
限の精度をつては行われないからこれらの光学軸
の間にはある偏差が存在し、結合部31′を通し
て高次のモードが光伝送路3′に導入され、例え
ば回転運動として誤認されることになる。 However, this parallel light beam 2' exhibits a behavior that is fundamentally different from that of the parallel light beam on which the parallel light beam 61' is superimposed. If the optical axis of the coupling portion 31' exactly matches the optical axis A' shown in FIG. 3 or 4, good characteristics equivalent to those achieved with the optical transmission line 3 can be obtained. However, since the alignment of these optical axes is not performed with infinite precision, a certain deviation exists between these optical axes, and higher-order modes are introduced into the optical transmission line 3' through the coupling part 31'. For example, the motion may be mistakenly recognized as rotational motion.
光伝送路が高次のモードをも伝送するがあるい
はこの光伝送路が全然存在しない場合には、回転
運動として誤認される現象は著しく大きくなる。 If the optical transmission path also transmits higher-order modes, or if this optical transmission path does not exist at all, the phenomenon that is mistakenly recognized as rotational motion becomes significantly greater.
単モード光伝送路3の導入は常にリング干渉計
の特性を改善するが、結合部31′が適当に調整
されているときに限つて検出器40′の信号によ
り回転運動速度を高い精度で測定することができ
る。このような調整は実際上極めて困難である。 The introduction of a single mode optical transmission line 3 always improves the properties of the ring interferometer, but only when the coupling 31' is properly adjusted can the rotational velocity be measured with high precision by the signal of the detector 40'. can do. Such adjustment is extremely difficult in practice.
一方光伝送路3の結合部31は、光学軸A′が
結合部31の位置によつて決定されるため常に光
学軸A′に対して整合状態にあることを注意する
必要がある。このことは結合部31が干渉計の動
作に必要な光を送り出すものであるという事情に
よるものである。従つて検出器40の信号により
一般に回転速度を高い精度で決定することができ
る。 On the other hand, since the optical axis A' of the coupling part 31 of the optical transmission line 3 is determined by the position of the coupling part 31, care must be taken that the coupling part 31 of the optical transmission line 3 is always aligned with the optical axis A'. This is due to the fact that the coupling section 31 sends out the light necessary for the operation of the interferometer. The signal of the detector 40 therefore generally allows the rotational speed to be determined with high precision.
光伝送路3′の結合部31′の位置合せ誤差が測
定精度に影響を及ぼさないようにした第1図のリ
ング干渉計の改良型を第2図に示す。この改良型
においても誤認の原因となる位相のずれは消去さ
れないが、回転運動速度の真の大きさを求めるこ
とが可能となる。 FIG. 2 shows an improved version of the ring interferometer of FIG. 1 in which the alignment error of the coupling portion 31' of the optical transmission line 3' does not affect the measurement accuracy. Although this improved type does not eliminate the phase shift that causes misidentification, it does make it possible to determine the true magnitude of the rotational speed.
第2図のリング干渉計の第1図の実施例に対す
る主要な相違は光源6′と半透明鏡50′とレンズ
34′と有害な反射を打消すモード絞り35′が付
加されていることである。この外に直線偏光子P
1とP1′およびλ/4板22,23,22′,2
3′が光路中に追加されている。 The main differences between the ring interferometer of FIG. 2 and the embodiment of FIG. 1 are the addition of a light source 6', a semitransparent mirror 50', a lens 34', and a mode stop 35' to cancel harmful reflections. be. In addition to this, a linear polarizer P
1 and P1' and λ/4 plates 22, 23, 22', 2
3' is added in the optical path.
第二の光源6′は6と同じくレーザーであつて
R′の方向にレーザー光束60′を送り出す。この
レーザー光束に対して半透明鏡50′が45゜傾斜し
て設けられ、その一部を吸光板10′に向けて反
射する。鏡50′を通り抜けた部分光束61′は
R′方向に進み、レンズ33′を通つてモノモード
光伝送路3′の結合部32′の端面に焦点を結び光
伝送路内に導入される。この導入された光は単モ
ード光伝送路3に入射した光と同様にリング干渉
計全体に伝搬する。 The second light source 6' is a laser like 6.
A laser beam 60' is sent out in the direction R'. A semi-transparent mirror 50' is provided at an angle of 45 degrees to this laser beam, and reflects a portion of it toward the light absorbing plate 10'. The partial light beam 61' that passed through the mirror 50' is
The beam proceeds in the R' direction, passes through the lens 33', focuses on the end face of the coupling portion 32' of the monomode optical transmission line 3', and is introduced into the optical transmission line. This introduced light propagates throughout the ring interferometer in the same way as the light incident on the single mode optical transmission line 3.
単モード光伝送路3′の結合部32′を通して放
出された有害なモードを除かれた光は平行光束2
0′として半透明鏡50′に当たり、そこで反射し
た部分光束21′は追加されたレンズ34′に当
る。このレンズの焦点面には追加モード絞り3
5′が設けられ、このモード絞りを通り抜けた光
はセンサ40′の受光面4′に当る。 The light emitted through the coupling part 32' of the single mode optical transmission line 3' and from which harmful modes have been removed becomes a parallel light beam 2.
0' hits the semi-transparent mirror 50', and the partial beam 21' reflected there hits the additional lens 34'. The focal plane of this lens has an additional mode aperture of 3
5' is provided, and the light passing through this mode aperture impinges on the light receiving surface 4' of the sensor 40'.
第2図のリング干渉計において光源6だけが使
用される場合には、一般に高次のモードが結合部
31′を通して光伝送路3′に導入されるから、受
光面4′に到着する信号から一般に回転運動が無
視できない誤差を伴つて決定される。 When only the light source 6 is used in the ring interferometer shown in FIG. 2, generally higher-order modes are introduced into the optical transmission path 3' through the coupling part 31', so that the signals arriving at the light receiving surface 4' are Rotational motion is generally determined with non-negligible errors.
次に光源6を遮断しその代りに光源6′を投入
すると結合部31′と31がその役目を交換し、
検出器40の受光面4の信号が誤差を含む。しか
し対称性の関係でこの誤差は受光面4′上の信号
が含む誤差に対して逆になる。光源6と6′を交
互に投入し、受光面4′と4が受ける信号を評価
し組合わせることにより誤差を打消すことができ
る。この組合せは例えば平均値をとることであ
る。 Next, when the light source 6 is shut off and the light source 6' is turned on in its place, the coupling parts 31' and 31 exchange their roles.
The signal from the light receiving surface 4 of the detector 40 includes an error. However, due to symmetry, this error is opposite to the error included in the signal on the light receiving surface 4'. The error can be canceled by turning on the light sources 6 and 6' alternately and evaluating and combining the signals received by the light receiving surfaces 4' and 4. This combination is, for example, taking an average value.
光源6と6′を互に異なつた光を放出するもの
にすれば、それらを交互に投入遮断する必要はな
い。ただしこの場合には受光面4,4′の前にそ
れぞれ色フイルタ14又は14′を置き、フイル
タ14は光源6′の色だけを通過させ、フイルタ
14′は光源6の色だけを通過させるものとする。
これによつて受光面4は光源6′の放出光だけを
受け、受光面4′は光源6の放出光だけを受ける。
この場合直接平均値をとることができる。しかし
回転運動センサの場合に利用されるサニアツク効
果が波長に関係することを考慮しなければならな
い。 If the light sources 6 and 6' are made to emit different light, there is no need to turn them on and off alternately. However, in this case, a color filter 14 or 14' is placed in front of the light-receiving surfaces 4, 4', respectively, and the filter 14 allows only the color of the light source 6' to pass through, and the filter 14' only allows the color of the light source 6 to pass through. shall be.
As a result, the light receiving surface 4 receives only the light emitted from the light source 6', and the light receiving surface 4' receives only the light emitted from the light source 6.
In this case, the average value can be taken directly. However, it must be taken into account that the saniac effect used in the case of rotational motion sensors is wavelength-dependent.
第2図において第1図のものに付加して設けら
れたλ/4板は有害な反射を防止するためのもの
である。 In FIG. 2, the λ/4 plate added to the one in FIG. 1 is provided to prevent harmful reflections.
第1図と第2図はそれぞれこの発明の異なる実
施例の概念的の構成を示す図面、第3図と第4図
はそれぞれこれらの実施例の一部分の拡大図であ
る。第1図、第2図において6は光源、1は結合
部11と11′を持つ光伝送路、3と3′はモード
絞りとしての単モード光伝送路である。
FIGS. 1 and 2 are drawings showing conceptual configurations of different embodiments of the present invention, and FIGS. 3 and 4 are enlarged views of parts of these embodiments, respectively. In FIGS. 1 and 2, 6 is a light source, 1 is an optical transmission line having coupling portions 11 and 11', and 3 and 3' are single mode optical transmission lines as mode stops.
Claims (1)
この光伝送路の二つの結合部から放出された光が
重ね合わされて少くとも一つの受光面に導かれ、
光伝送路の一つの結合部に向つて送られる光とこ
の結合部を通して放出され受光面に導かれる光と
が多数のモードの伝搬が可能である一つの共通区
間内の重なり合つた通路を互に逆向きに進行する
リング干渉計において、光伝送路の一つの結合部
に向つて進む光とこの結合部から放出されて受光
面に導かれる光が重なり合つて互に逆向きに進行
する通路にモード絞りが設けられていることを特
徴とするリング干渉計。 2 モード絞りが二つの結合部を持ち、それらを
通して光の導入と放出が可能である単モード光伝
送路から成ることを特徴とする特許請求の範囲第
1項記載のリング干渉計。 3 単モード光伝送路がコア・クラツド型ガラス
フアイバであり、その両端面が結合部を構成する
ことを特徴とする特許請求の範囲第2項記載のリ
ング干渉計。 4 ガラスフアイバの長さがその一方の端面から
導入されて他方の端面に向つて進むクラツド伝送
モードが他方の端面には到達しない大きさに選ば
れていることを特徴とする特許請求の範囲第3項
記載のリング干渉計。 5 クラツド伝送モードを取り去る装置が設けら
れていることを特徴とする特許請求の範囲第3項
又は第4項記載のリング干渉計。 6 単モード光伝送路が巻かれていることを特徴
とする特許請求の範囲第1項乃至第5項の一つに
記載のリング干渉計。 7 光伝送路の一つの結合部に向つて導かれる光
の外に他方の結合部に向つて導かれる光とこの他
方の結合部から放出されて受光面に導かれる光も
一つの結合部に対するモード絞りを通り受光面に
導かれることを特徴とする特許請求の範囲第1項
乃至第6項の一つに記載のリング干渉計。[Claims] 1. One optical transmission line having two coupling parts,
The light emitted from the two coupling parts of this optical transmission path is superimposed and guided to at least one light receiving surface,
The light directed toward one coupling part of the optical transmission line and the light emitted through this coupling part and guided to the receiving surface are mutually connected through overlapping paths in one common section in which propagation of multiple modes is possible. In a ring interferometer that travels in opposite directions, a path in which light traveling toward one coupling part of the optical transmission path and light emitted from this coupling part and guided to the light receiving surface overlap and travel in opposite directions. A ring interferometer characterized by being provided with a mode diaphragm. 2. The ring interferometer according to claim 1, wherein the 2-mode diaphragm comprises a single-mode optical transmission line having two coupling parts through which light can be introduced and emitted. 3. The ring interferometer according to claim 2, wherein the single mode optical transmission line is a core-clad glass fiber, and both end faces thereof constitute a coupling portion. 4. The length of the glass fiber is selected to be such that a clad transmission mode introduced from one end face and proceeding toward the other end face does not reach the other end face. The ring interferometer described in Section 3. 5. The ring interferometer according to claim 3 or 4, characterized in that a device for removing the clad transmission mode is provided. 6. The ring interferometer according to any one of claims 1 to 5, characterized in that a single mode optical transmission line is wound. 7 In addition to the light guided towards one coupling part of the optical transmission line, the light guided towards the other coupling part and the light emitted from this other coupling part and guided to the light receiving surface are also directed to one coupling part. A ring interferometer according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the ring interferometer is guided to a light receiving surface through a mode diaphragm.
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